optikai szál

száloptika

de: LWL - Lichtwellenleiter, en: optical fiber

Az optikai szál egy igen tiszta, néhány tíz (a technológia megjelenése idején még néhány száz) mikrométer átmérőjű szálból és az ezt körülvevő, kisebb optikai törésmutatójú héjból álló vezeték. Működési elve a fénysugár teljes viszaverődésén alapul: A fénykábel egyik végén belépő fényimplulzus a vezeték teljes hosszán teljes visszaverődést szenved, így a vezeték hajlítása esetén is – minimális energiaveszteséggel – a szál másik végén fog kilépni.

Ezt a tulajdonságot kihasználva az optikai szálak rendkívül alkalmasak digitális információ-továbbításra. A fényimpulzusoknak köszönhetően hatékonyabbak, mint a hagyományos rézvezetőjű csavart érpáras UTP-kábelek. A telekommunikációban jóformán minden hosszútávú gerinchálózat optikai kábeleket használ az adattovábbításra hatékonysága, valamint nagy távolságokon az egységnyi sávszélességre jutó jóval alacsonyabb fajlagos költségei miatt.

 

optikai szál

Optikai szálak csoportosítása anyaguk alapján

POF : műanyag optikai szál

en: POF – Plastic/Polymer Optical Fiber, de: kunststoff Faser

A legolcsóbb, legkisebb távolságokra alkalmazható optikai szál. A műanyag optikai szálnak nagyobb a csillapítása mint az optikai üvegszálnak (> 1 dB/m), magátmérője 1mm körül mozog. Jellemzően 650nm (vörös) LED-et szoktak alkalmazni hozzá jeladónak. Jellemző alkalmazási hossza 50 - 100 m.

 

PMMA : Polymethylmethacrylat (műanyag) optikai szál

en:PMMA Optical Fiber, de: PMMA-Faser

A polymethylmethacrylat (rövidítve PMMA, egyébként: Acrylglas, Friacryl®, Vitroflex®, Plexiglas®, Limacryl®, Piacryl oder O-Glas) egy szintetikus, az üveghez hasonló tulajdonságokkal bíró műanyag.  Jellemzően egyszerűen csak akrill-üvegnek szokás nevezni. Jellemzően optikai vezetékként jeladónak LED-et szoktak ennél a vezetéknél használni.

 

PCF : optikai szál

en: Polymer cladded fiber, de: LWL: Lichtwellenleiter

Összefoglaló néven a különböző optikai szálak (PCS, HCS, HPCF,..).

PCS/HCS : műanyagburkolatú optikai szál

en: plastic clad silica / hard clad silica, de: kunststoffummantelte Glasfaser

A szál magja kvarc-üvegből készül, jellemzően 200 μm a magátmérője. Védőburkolata 300 µm - 550 µm átmérőjű polimer. A továbbított fény

  • UV esetén 220 nm - 1100 nm,
  • IR esetén 350nm - 2400 nm

lehet, a vezeték jellemző csillapítása 10 - 20 dB/km, az 500-µm-es verzió esetén, 650 nm-es forrás mellett ez az érték 150 dB/km - re emelkedhet. A vezeték hőmérséklet tűrési tartományát a fő felhasználási területéhez, az gépjármű-technikához igazítják, így ez (nylon burkolattal) -40 °C - +125 °C (ETFE burkolat esetén ez az érték: -200 °C - +150 °C).

 

GCS : üvegszál

en: glas clad silica, de: Glasfaser

Az üvegmagos optikai szálakat majdnem mindig szilícium-dioxidból készítik, de néhány egyéb anyagot, mint például fluoro-circonátot, fluoro-aluminátot, és tisztított üveget használnak hosszabb hullámhosszú sugarakhoz, infravörös tartományban működő eszközökhöz. Akár csak a többi üvegnek, ezeknek az üvegeknek a törésmutatója is 1,5 körül van. Tipikusan kevesebb mint egy 1%-nyi a különbség az üvegmag és a héj törésmutatója között. Nem lehetséges, hogy a módus struktúrája függjön a használt fény hullámhosszától, ezért ez a szál tulajdonképpen csak néhány további hullámhosszt támogat a látható fény tartományában.

Optikai szálak csoportosítása módusuk alapján

MMF : Multimódusú szálak

en: multi-mode optical fiber, de: Multimodefaser

optikai szálak csoportosítása módusuk alapjánA többmódusú szálakkal indult meg az optikai szálak fejlődése. Ezekben a fent leírt működési alapelvek jellemzőek, ugyanakkor mivel ez a legkorábbi technológia, itt a legnagyobb a numerikus apertúra értéke és a jelveszteség. Bár az alapelv a lépcsős indexű, és az egymódusú szálaknál is hasonló, bizonyos technológiai újításokkal sikerült javítani a vezető tulajdonságain.

 

A vezetékek meghatározásánál jellemzően a magátmérő és a védőburkolat átmérője kerül megadásra a típusmeghatározáson és az anyagon kívül, például: multi-mode PMMA, 62,5/125 µ.


SMF : Egymódusú szálak

en: single-mode optical fiber, de: Monomodefaser

Az egymódusú szál magátmérője általában 8 és 10 μm között mozog. Néhány speciális célra kifejlesztett optikai szálat nem hengeres üvegmaggal illetve héjjal terveznek, hanem általában elliptikus vagy téglalap alakú keresztmetszettel. Ezek magukba foglalják a polarizációt támogató szálakat és a szálak melyek elnyomják az átlapolódást.

Nagyobb optikai teljesítmény esetében – több mint egy watt esetén – amikor egy szálat ütés ér vagy másképpen hirtelen megsérül, a szál megéghet. A visszavert fény azonnal elégeti a szálat a sérülésnél, és ez a hiány visszatükröződik, tehát a sérülés elterjed egészen az adóig 1-3 m/s-os sebességgel. A nyitottszál-vezérlő rendszer, ami megvédi a szemet a lézertől a száltörése pillanatában, ugyancsak megfékezheti a szál elégését. Olyan esetekben mint a tengeralatti kábel, ahol nagyobb energia szinteket használnak nyitottszál-vezérlés nélkül, egy szál égés védelmi eszköz az adónál megszakíthatja az áramkört, hogy megóvja a további sérüléstől.

 

Száloptikai kellékek

FOC : Üvegszál csatlakozók

en: Fiber Optic Connectors de: Faser Steckers

 

rendszer kép leírás
ST rendszer ST rendszer

Az ST rendszert az AT&T specifikálta az IEC-874-10-nak megfelelően (eredeti neve: BFOC/2.5). A rendszer egy- és multimódusú kommunikációra egyaránt alkalmas. Az ST az egyik legszálesebb körben elterjedt csatlakozó, LAN, WAN és MAN hálózatokban egyaránt fel szokott bukkanni.

Automatizálástechnikában például a Profibus száloptikai rendszere is erre a típusra épül. A csatlakozók boajonett-zárral rögzíthetők és egy belső rugó biztosítja a megfelelő csatlakozást. A csatlakozókhoz a TK csatlakozó-aljzat alkalmazható.

SC rendszer SC rendszer Az SC rendszer az IEC 874-19-nel került megfeleltetésre, egy- és multimódusú kommunikációra egyaránt alkalmas.  A csatlakozóval simplex- és duplex adatátvitel is kialakítható. Jellemzően a vezeték alap-csillapításához 0.4 dB adódik hozzá, csatlakozónként.

A fentieken kívül még az alábbi típusok ismertek

  • LC - SPF
  • MT-RJ
  • FC
  • VF-45
  • MIC

Adatátviteli tulajdonságok összehasonlítása  (POF/PCS/GCS)

A POF / PCS / GCS optikai szálak összehasonlítása

A POF / PCS / GCS optikai szálak összehasonlítása

Néhány száloptika adatsora

típus mag
anyaga
köpeny
anyaga
burkolat
anyaga
mag /
köpeny
jellemző
csillapítás
módus
50/125 Launch sziliciumdioxid sziliciumdioxid akril 50/125 < 5.0 dB/km multi
105/125 low
NA Lauch
sziliciumdioxid sziliciumdioxid akril 105/125 < 20.0 dB/km multi
HCS 37 125 sziliciumdioxid HCS ETFE 125/140 < 12.0 dB/km multi
HCS 37 600 sziliciumdioxid HCS ETFE 600/630 < 8.0 dB/km multi
62,5 HCS sziliciumdioxid HCS ETFE 62,5/200 < 3.5 dB/km (850 nm)
< 1.2 dB/km (1300 nm)
multi
POF 2.2 PE PE PUR 980/1000 < 0.22 dB/m multi

Profibus száloptika

maximális átviteli távolságok

száloptika
jellege

Méretjellemzők

Hullámhossz

jellemző
csillapítás

maximális
átviteli távolság

műanyag (POF)

980/1000 µm

660 nm

230 dB/km

80 m -ig

PCF / HCS

200/230 µm

660 nm

10 dB/km

400 m -ig

 

 

850 nm

8 dB/km

800 m -ig

Multimódusú üvegszál

50/125 µm

850 nm

2,5 dB/km

2600 m -ig

 

 

1310 nm

1 dB/km

10 km -ig

 

62,5/125 µm

850 nm

3 dB/km

3300 m -ig

 

 

1310 nm

1 dB/km

10 km -ig

egymódusú üvegszál

9/125 µm

1300 nm

 

15 km -ig

Csatlakozó

A Profibus száloptikai rendszere az IEC 61158-2-vel került megfeleltetésre, és leggyakrabban az ST-rendszerű (BFOC/2.5) csatlakozókkal kerül telepítésre. A norma nem rendelkezik a csatlakozó-rendszerről, így néhány gyártó más rendszerű csatlakozót kínálhat, anélkül, hogy eltérne a normától.

Adatátvitel

A Profibus a két vezetékes üvegszál átvitelt preferálja, így mind a két vezeték simplex adatátvitelt alkalmaz. Ebben a felállásában a száloptika egyfajta repeater-ként funkciónál a két RS485-ös szegmens között, nagyobb távolságokat áthidalva ezzel.

Profibus száloptika

 

ECHO

A normál adatátvitel mellett az optikai szál nagy sebessége egy ECHO-nak nevezett felügyeleti módszert is lehetővé tesz. Az elküldött adatsort a fogadó állomás visszaküldi (viszhangozza), és a küldő állomás ezt az ECHO-t összehasonlítja az elküldött adatsorral és hiba esetén jelzi azt. Ez az eljárás előírés a redundáns hálózatok esetén.

 

Profibus száloptika / ECHO

 


felhasznált források

Wikipedia (en)

Wikipedia (de)

Wikipedia (hu)

Elektrotechnik für Maschinenbauer: Grundlagen

Felser Profibus Handbuch

license

Creative Commons License
Erre a dokumentumra a Creative Commons-Lizenz 3.0 szabályai érvényesek.
A dokumentum továbbfelhasználása engedélyhez kötött. Részleteiben is csak forrásmegjelöléssel
(pl: forrás:wwww.ob121.com) használható.
Engedélykérés, további információ: mail kukac ob121.com